Молекулярная формула спирта как найти

Определение молекулярной формулы спирта

Наиболее распространены в тестах ЕГЭ задачи, в которых расчет ведется по уравнению реакции. Рассмотрим наиболее сложную из них.
Задача 2.6.
При взаимодействии 1,48 г предельного одноатомного спирта с металлическим натрием выделился водород в количестве, достаточном для гидрирования 224 мл этилена (н.у.). Определите молекулярную формулу спирта.
Дано:
масса предельного одноатомного спирта: m(спирта) = 1,48 г;
объем этилена (н.у.): V(С₂Н₄) = 224 мл.
Найти: формулу исходного спирта.
Решение:
Шаг 1. В состав предельного одноатомного спирта входят углерод, водород и один атом кислорода. Общая формула имеет вид: С_nH_2n+1ОН.

Шаг 2. В условии описаны две последовательные химические реакции:

2С_nH_2n+1ОН + 2Na   —> 2С_nH_2n+1ОNa  + H₂

Водород, выделившийся в первой реакции, участвует, во взаимодействии с этиленом:

Н₂С = СН₂ + Н₂  —>  Н₃С – СН₃

Шаг 3 и 4. Соотношение атомов и простейшая формула спирта однозначно определяется по общей формуле, но эти данные не помогут нам при выявлении истинной формулы.

Шаг 5. Для выявления значения «n» в общей формуле спирта необходимо сопоставить массу спирта с количеством образовавшегося водорода по первому уравнению реакции. Количество образовавшегося водорода можно определить по второй реакции гидрирования.
а) Определение количества вещества водорода¹:

Составляем пропорцию:

0,224 л Н₂С = СН₂ взаимодействуют с х моль Н₂ (по условию)
22,4 л Н₂С = СН₂ взаимодействуют с 1 моль Н₂ (по уравнению)

– количество вещества водорода, который расходовался в реакции гидрирования этилена.

б) Водород, принявший участие в реакции с этиленом, выделился в первой реакции спирта с металлическим натрием. Следовательно, можно использовать полученные данные для сопоставления с массой исходного спирта.

Составляем пропорцию:

1,48 г СnH_2n+1ОН  дает 0,01 моль Н₂ (по условию)
(28n + 36) г СnH_2n+1ОН  дает 1 моль Н₂ (по уравнению)
1,48 ^. 1 = (28n + 36) ^. 0,01

Получили математическое уравнение с одним неизвестным. Решая его, получаем: n = 4.
Подставляем это значение в общую формулу спирта:

С₄Н₉ОН.

Ответ: С₄Н₉ОН.

Данная задача была осложнена двумя последовательными уравнениями реакций. Для сопоставления данных с целью определения неизвестного индекса в общей формуле нам
пришлось проводить дополнительный расчет по второму химическому уравнению. В большинстве задач ЕГЭ в условии описана лишь одна реакция и присутствуют данные о двух веществах в ней. После записи уравнения с использованием общей формулы можно сразу приступать к сопоставлению данных и выявлению неизвестных индексов.

---

Комментарии:
1 Объем газообразного этилена в условии выражен в миллилитрах. Для использования этого данного в пропорции необходимо перевести его в литры, т.к. молярный объем измеряется в л/моль. Ошибку, связанную с приведением данных к одним единицам измерения делают многие учащиеся.

Источник:
ЕГЭ. Химия. Расчетные задачи в тестах ЕГЭ. Части А, В, С / Д.Н. Турчен. — М.: Издательство «Экзамен», 2009. — 399 [1]с. (Серия «ЕГЭ. 100 баллов»). I8ВN 978-5-377-02482-8.

---

Задачи на определение формулы органического вещества бывают нескольких видов. Обычно решение этих задач не представляет особых сложностей, однако часто выпускники теряют баллы на этой задаче. Причин бывает несколько:

1. Некорректное оформление;
2. Решение не математическим путем, а методом перебора;
3. Неверно составленная общая формула вещества;
4. Ошибки в уравнении реакции с участием вещества, записанного в общем виде.

к оглавлению ▴

Типы задач в задании С5.

1. Определение формулы вещества по массовым долям химических элементов или по общей формуле вещества;
2. Определение формулы вещества по продуктам сгорания;
3. Определение формулы вещества по химическим свойствам.

Необходимые теоретические сведения.

1. Массовая доля элемента в веществе.
   Массовая доля элемента — это его содержание в веществе в процентах по массе.
   Например, в веществе состава С₂Н₄ содержится 2 атома углерода и 4 атома водорода. Если взять 1 молекулу такого вещества, то его молекулярная масса будет равна:
   Мr(С₂Н₄) = 2 • 12 + 4 • 1 = 28 а.е.м. и там содержится 2 • 12 а.е.м. углерода.Чтобы найти массовую долю углерода в этом веществе, надо его массу разделить на массу всего вещества:
   ω(C) = 12 • 2 / 28 = 0,857 или 85,7%.
   Если вещество имеет общую формулу С_хН_уО_z, то массовые доли каждого их атомов так же равны отношению их массы к массе всего вещества. Масса х атомов С равна — 12х, масса у атомов Н — у, масса z атомов кислорода — 16z.
   Тогда
   ω(C) = 12 • х / (12х + у + 16z)

   Если записать эту формулу в общем виде, то получится следующее выражение:

   Массовая доля атома Э в веществе   =	Атомная масса атома Э	•	число атомов Э в	молекуле
   Аr(Э) • z
   ——————
   Mr(вещ.)
   Молекулярная масса вещества

2. Молекулярная и простейшая формула вещества.Молекулярная (истинная) формула — формула, в которой отражается реальное число атомов каждого вида, входящих в молекулу вещества.
   Например, С₆Н₆ — истинная формула бензола.
   Простейшая (эмпирическая) формула — показывает соотношение атомов в веществе.
   Например, для бензола соотношение С:Н = 1:1, т.е. простейшая формула бензола — СН.
   Молекулярная формула может совпадать с простейшей или быть кратной ей.

   Примеры.

   Вещество	Молекулярная формула	Соотношение атомов	Простейшая формула
   Этанол	С2Н6О	С:Н:О = 2:6:1	С2Н6О
   Бутен	С4Н8	С:Н = 1:2	СН2
   Уксусная кислота	С2Н4О2	С:Н:О = 1:2:1	СН2О

   Если в задаче даны только массовые доли элементов, то в процессе решения задачи можно вычислить только простейшую формулу вещества. Для получения истинной формулы в задаче обычно даются дополнительные данные — молярная масса, относительная или абсолютная плотность вещества или другие данные, с помощью которых можно определить молярную массу вещества.

3. Относительная плотность газа Х по газу У — D_поУ(Х).
   Относительная плотность D — это величина, которая показывает, во сколько раз газ Х тяжелее газа У. Её рассчитывают как отношение молярных масс газов Х и У:
   D_поУ(Х) = М(Х) / М(У)
   Часто для расчетов используют относительные плотности газов по водороду и по воздуху.
   Относительная плотность газа Х по водороду:
   D_{по H2} = M_{(газа Х)} / M_(H2) = M_{(газа Х)} / 2
   Воздух — это смесь газов, поэтому для него можно рассчитать только среднюю молярную массу. Её величина принята за 29 г/моль (исходя из примерного усреднённого состава).
   Поэтому:
   D_{по возд.} = М_{(газа Х)} / 29
4. Абсолютная плотность газа при нормальных условиях.Абсолютная плотность газа — это масса 1 л газа при нормальных условиях. Обычно для газов её измеряют в г/л.
   ρ = m_(газа) / V_(газа)
   Если взять 1 моль газа, то тогда:
   ρ = М / V_m,
   а молярную массу газа можно найти, умножая плотность на молярный объём.
5. Общие формулы веществ разных классов.
   Часто для решения задач с химическими реакциями удобно пользоваться не обычной общей формулой, а формулой, в которой выделена отдельно кратная связь или функциональная группа.

   Класс органических веществ	Общая молекулярная формула	Формула с выделенной кратной связью и функциональной группой
   Алканы	CnH2n+2	—
   Алкены	CnH2n	CnH2n+1–CH=CH2
   Алкины	CnH2n−2	CnH2n+1–C≡CH
   Диены	CnH2n−2	—
   Гомологи бензола	CnH2n−6	С6Н5–СnH2n+1
   Предельные одноатомные спирты	CnH2n+2O	CnH2n+1–OH
   Многоатомные спирты	CnH2n+2Ox	CnH2n+2−x(OH)x
   Предельные альдегиды	CnH2nO
   Кетоны	CnH2nO	O // CnH2n+1– C– O–CmH2m+1
   Фенолы	CnH2n−6O	С6Н5(СnH2n)–OH
   Предельные карбоновые кислоты	CnH2nO2
   Сложные эфиры	CnH2nO2	O // CnH2n+1– C– O–CmH2m+1
   Амины	CnH2n+3N	СnH2n+1NH2
   Аминокислоты (предельные одноосновные)	CnH2n+1NO2	O // NH2– CH– C– OH C nH 2n+1

к оглавлению ▴

Определение формул веществ по массовым долям атомов, входящих в его состав.

Решение таких задач состоит из двух частей:

• сначала находят мольное соотношение атомов в веществе — оно соответствует его простейшей формуле. Например, для вещества состава А_хВ_у соотношение количеств веществ А и В соответствует соотношению числа их атомов в молекуле:
  х : у = n(A) : n(B);
• затем, используя молярную массу вещества, определяют его истинную формулу.

1. Пример 1.
   Определить формулу вещества, если оно содержит 84,21% С и 15,79% Н и имеет относительную плотность по воздуху, равную 3,93.

Решение примера 1.

1. Пусть масса вещества равна 100 г. Тогда масса С будет равна 84,21 г, а масса Н — 15,79 г.
2. Найдём количество вещества каждого атома:
   ν(C) = m / M = 84,21 / 12 = 7,0175 моль,
   ν(H) = 15,79 / 1 = 15,79 моль.
3. Определяем мольное соотношение атомов С и Н:
   С : Н = 7,0175 : 15,79 (сократим оба числа на меньшее) = 1 : 2,25 (домножим на 4) = 4 : 9.
   Таким образом, простейшая формула — С₄Н₉.
4. По относительной плотности рассчитаем молярную массу:
   М = D_(возд.) • 29 = 114 г/моль.
   Молярная масса, соответствующая простейшей формуле С₄Н₉ — 57 г/моль, это в 2 раза меньше истинно молярной массы.
   Значит, истинная формула — С₈Н₁₈.

Есть гораздо более простой метод решения такой задачи, но, к сожалению, за него не поставят полный балл. Зато он подойдёт для проверки истинной формулы, т.е. с его помощью вы можете проверить своё решение.

Метод 2: Находим истинную молярную массу (114 г/моль), а затем находим массы атомов углерода и водорода в этом веществе по их массовым долям.
m(C) = 114 • 0,8421 = 96; т.е. число атомов С 96/12 = 8
m(H) = 114 • 0,1579 = 18; т.е число атомов Н 18/1 = 18.
Формула вещества — С₈Н₁₈.

Ответ: С₈Н₁₈.

1. Пример 2.
   Определить формулу алкина с плотностью 2,41 г/л при нормальных условиях.

Решение примера 2.

Общая формула алкина С_nH_2n−2
Как, имея плотность газообразного алкина, найти его молярную массу? Плотность ρ — это масса 1 литра газа при нормальных условиях.
Так как 1 моль вещества занимает объём 22,4 л, то необходимо узнать, сколько весят 22,4 л такого газа:
M = (плотность ρ) • (молярный объём V_m) = 2,41 г/л • 22,4 л/моль = 54 г/моль.
Далее, составим уравнение, связывающее молярную массу и n:
14 • n − 2 = 54, n = 4.
Значит, алкин имеет формулу С₄Н₆.

Ответ: С₄Н₆.

1. Пример 3.
   Определить формулу предельного альдегида, если известно, что 3•10²² молекул этого альдегида весят 4,3 г.

Решение примера 3.

В этой задаче дано число молекул и соответствующая масса. Исходя из этих данных, нам необходимо вновь найти величину молярной массы вещества.
Для этого нужно вспомнить, какое число молекул содержится в 1 моль вещества.
Это число Авогадро: N_a = 6,02•10²³ (молекул).
Значит, можно найти количество вещества альдегида:
ν = N / Na = 3•10²² / 6,02•10²³ = 0,05 моль,
и молярную массу:
М = m / n = 4,3 / 0,05 = 86 г/моль.
Далее, как в предыдущем примере, составляем уравнение и находим n.
Общая формула предельного альдегида С_nH_2nO, то есть М = 14n + 16 = 86, n = 5.

Ответ: С₅Н₁₀О, пентаналь.

1. Пример 4.
   Определить формулу дихлоралкана, содержащего 31,86 % углерода.

Решение примера 4.

Общая формула дихлоралкана: С_nH_2nCl₂, там 2 атома хлора и n атомов углерода.
Тогда массовая доля углерода равна:
ω(C) = (число атомов C в молекуле) • (атомная масса C) / (молекулярная масса дихлоралкана)
0,3186 = n • 12 / (14n + 71)
n = 3, вещество — дихлорпропан.

Ответ: С₃Н₆Cl₂, дихлорпропан.

к оглавлению ▴

Определение формул веществ по продуктам сгорания.

В задачах на сгорание количества веществ элементов, входящих в исследуемое вещество, определяют по объёмам и массам продуктов сгорания — углекислого газа, воды, азота и других. Остальное решение — такое же, как и в первом типе задач.

1. Пример 5.
   448 мл (н. у.) газообразного предельного нециклического углеводорода сожгли, и продукты реакции пропустили через избыток известковой воды, при этом образовалось 8 г осадка. Какой углеводород был взят?

Решение примера 5.

1. Общая формула газообразного предельного нециклического углеводорода (алкана) — C_nH_2n+2
   Тогда схема реакции сгорания выглядит так:
   C_nH_2n+2 + О₂ → CO₂ + H₂O
   Нетрудно заметить, что при сгорании 1 моль алкана выделится n моль углекислого газа.
   Количество вещества алкана находим по его объёму (не забудьте перевести миллилитры в литры!):
   ν(C_nH_2n+2) = 0,488 / 22,4 = 0,02 моль.
2. При пропускании углекислого газа через известковую воду Са(ОН)₂ выпадает осадок карбоната кальция:
   СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃ + Н₂О
   Масса осадка карбоната кальция — 8 г, молярная масса карбоната кальция 100 г/моль.
   Значит, его количество вещества
   ν(СаСО₃) = 8 / 100 = 0,08 моль.
   Количество вещества углекислого газа тоже 0,08 моль.
3. Количество углекислого газа в 4 раза больше чем алкана, значит формула алкана С₄Н₁₀.

Ответ: С₄Н₁₀.

1. Пример 6.
   Относительная плотность паров органического соединения по азоту равна 2. При сжигании 9,8 г этого соединения образуется 15,68 л углекислого газа (н. у) и 12,6 г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.

Решение примера 6.

Так как вещество при сгорании превращается в углекислый газ и воду, значит, оно состоит из атомов С, Н и, возможно, О. Поэтому его общую формулу можно записать как С_хН_уО_z.

1. Схему реакции сгорания мы можем записать (без расстановки коэффициентов):
   С_хН_уО_z + О₂ → CO₂ + H₂O
   Весь углерод из исходного вещества переходит в углекислый газ, а весь водород — в воду.
2. Находим количества веществ CO₂ и H₂O, и определяем, сколько моль атомов С и Н в них содержится:
   ν(CO₂) = V / V_m = 15,68 / 22,4 = 0,7 моль.
   На одну молекулу CO₂ приходится один атом С, значит, углерода столько же моль, сколько CO₂.

   ν(C) = 0,7 моль
   ν(Н₂О) = m / M = 12,6 / 18 = 0,7 моль.

   В одной молекуле воды содержатся два атома Н, значит количество водорода в два раза больше, чем воды.
   ν(H) = 0,7 • 2 = 1,4 моль.

3. Проверяем наличие в веществе кислорода. Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы С и Н.
   m(C) = 0,7 • 12 = 8,4 г, m(H) = 1,4 • 1 = 1,4 г
   Масса всего вещества 9,8 г.
   m(O) = 9,8 − 8,4 − 1,4 = 0, т.е.в данном веществе нет атомов кислорода.
   Если бы кислород в данном веществе присутствовал, то по его массе можно было бы найти количество вещества и рассчитывать простейшую формулу, исходя из наличия трёх разных атомов.
4. Дальнейшие действия вам уже знакомы: поиск простейшей и истинной формул.
   С : Н = 0,7 : 1,4 = 1 : 2
   Простейшая формула СН₂.
5. Истинную молярную массу ищем по относительной плотности газа по азоту (не забудьте, что азот состоит из двухатомных молекул N₂ и его молярная масса 28 г/моль):
   M_ист. = D_{по N2} • M_(N2) = 2 • 28 = 56 г/моль.
   Истиная формула СН₂, её молярная масса 14.
   56 / 14 = 4.
   Истинная формула С₄Н₈.

Ответ: С₄Н₈.

1. Пример 7.
   Определите молекулярную формулу вещества, при сгорании 9 г которого образовалось 17,6 г CO₂, 12,6 г воды и азот. Относительная плотность этого вещества по водороду — 22,5. Определить молекулярную формулу вещества.

Решение примера 7.

1. Вещество содержит атомы С,Н и N. Так как масса азота в продуктах сгорания не дана, её надо будет рассчитывать, исходя из массы всего органического вещества.
   Схема реакции горения:
   С_хН_уN_z + O₂ → CO₂ + H₂O + N₂
2. Находим количества веществ CO₂ и H₂O, и определяем, сколько моль атомов С и Н в них содержится:

   ν(CO₂) = m / M = 17,6 / 44 = 0,4 моль.
   ν(C) = 0,4 моль.
   ν(Н₂О) = m / M = 12,6 / 18 = 0,7 моль.
   ν(H) = 0,7 • 2 = 1,4 моль.

3. Находим массу азота в исходном веществе.
   Для этого из массы всего исходного вещества надо вычесть массы С и Н.

   m(C) = 0,4 • 12 = 4,8 г,
   m(H) = 1,4 • 1 = 1,4 г

   Масса всего вещества 9,8 г.

   m(N) = 9 − 4,8 − 1,4 = 2,8 г ,
   ν(N) = m /M = 2,8 / 14 = 0,2 моль.

4. C : H : N = 0,4 : 1,4 : 0,2 = 2 : 7 : 1
   Простейшая формула — С₂Н₇N.
   Истинная молярная масса
   М = D_{по Н2} • М(Н₂) = 22,5 • 2 = 45 г/моль.
   Она совпадает с молярной массой, рассчитанной для простейшей формулы. То есть это и есть истинная формула вещества.

Ответ: С₂Н₇N.

1. Пример 8.
   Вещества содержит С, Н, О и S. При сгорании 11 г его выделилось 8,8 г CO₂, 5,4 г Н₂О, а сера была полностью переведена в сульфат бария, масса которого оказалась равна 23,3 г. Определить формулу вещества.

Решение примера 8.

Формулу заданного вещества можно представить как C_xH_yS_zO_k. При его сжигании получается углекислый газ, вода и сернистый газ, который затем превращают в сульфат бария. Соответственно, вся сера из исходного вещества превращена в сульфат бария.

1. Находим количества веществ углекислого газа, воды и сульфата бария и соответствующих химических элементов из исследуемого вещества:

   ν(CO₂) = m/M = 8,8/44 = 0,2 моль.
   ν(C) = 0,2 моль.
   ν(Н₂О) = m / M = 5,4 / 18 = 0,3 моль.
   ν(H) = 0,6 моль.
   ν(BaSO₄) = 23,3 / 233 = 0,1 моль.
   ν(S) = 0,1 моль.

2. Рассчитываем предполагаемую массу кислорода в исходном веществе:

   m(C) = 0,2 • 12 = 2,4 г
   m(H) = 0,6 • 1 = 0,6 г
   m(S) = 0,1 • 32 = 3,2 г
   m(O) = m_{вещества} − m(C) − m(H) − m(S) = 11 − 2,4 − 0,6 − 3,2 = 4,8 г,
   ν(O) = m / M = 4,8 / 16 = 0,3 моль

3. Находим мольное соотношение элементов в веществе:
   C : H : S : O = 0,2 : 0,6 : 0,1 : 0,3 = 2 : 6 : 1 : 3
   Формула вещества C₂H₆SO₃.
   Надо отметить, что таким образом мы получили только простейшую формулу.
   Однако, полученная формула является истинной, поскольку при попытке удвоения этой формулы (С₄Н₁₂S₂O₆) получается, что на 4 атома углерода, помимо серы и кислорода, приходится 12 атомов Н, а это невозможно.

Ответ: C₂H₆SO₃.

к оглавлению ▴

Определение формул веществ по химическим свойствам.

1. Пример 9.
   Определить формулу алкадиена, если г его могут обесцветить 80 г 2%-го раствора брома.

Решение примера 9.

1. Общая формула алкадиенов — С_nH_2n−2.
   Запишем уравнение реакции присоединения брома к алкадиену, не забывая, что в молекуле диена две двойные связи и, соответственно, в реакцию с 1 моль диена вступят 2 моль брома:
   С_nH_2n−2 + 2Br₂ → С_nH_2n−2Br₄
2. Так как в задаче даны масса и процентная концентрация раствора брома, прореагировавшего с диеном, можно рассчитать количества вещества прореагировавшего брома:

   m(Br₂) = m_{раствора} • ω = 80 • 0,02 = 1,6 г
   ν(Br₂) = m / M = 1,6 / 160 = 0,01 моль.

3. Так как количество брома, вступившего в реакцию, в 2 раза больше, чем алкадиена, можно найти количество диена и (так как известна его масса) его молярную массу:

   0,005		0,01
   СnH2n−2	+ 2Br2 →	СnH2n−2Br4

   М_диена = m / ν = 3,4 / 0,05 = 68 г/моль.

4. Находим формулу алкадиена по его общей формул, выражая молярную массу через n:

   14n − 2 = 68
   n = 5.

   Это пентадиен С₅Н₈.

Ответ: C₅H₈.

1. Пример 10.
   При взаимодействии 0,74 г предельного одноатомного спирта с металлическим натрием выделился водород в количестве, достаточном для гидрирования 112 мл пропена (н. у.). Что это за спирт?

Решение примера 10.

1. Формула предельного одноатомного спирта — C_nH_2n+1OH. Здесь удобно записывать спирт в такой форме, в которой легко составить уравнение реакции — т.е. с выделенной отдельно группой ОН.
2. Составим уравнения реакций (нельзя забывать о необходимости уравнивать реакции):

   2C_nH_2n+1OH + 2Na

   →

   2C_nH_2n+1ONa + H₂
   C₃H₆ + H₂

   →

   C₃H₈

3. Можно найти количество пропена, а по нему — количество водорода. Зная количество водорода, по реакции находим количество вещества спирта:

   ν(C₃H₆) = V / V_m = 0,112 / 22,4 = 0,005 моль => ν(H₂) = 0,005 моль,
   ν_спирта = 0,005 • 2 = 0,01 моль.

4. Находим молярную массу спирта и n:

   M_спирта = m / ν = 0,74 / 0,01 = 74 г/моль,
   14n + 18 = 74
   14n = 56
   n = 4.

   Спирт — бутанол С₄Н₇ОН.

Ответ: C₄H₇OH.

1. Пример 11.
   Определить формулу сложного эфира, при гидролизе 2,64 г которого выделяется 1,38 г спирта и 1,8 г одноосновной карбоновой кислоты.

Решение примера 11.

1. Общую формулу сложного эфира, состоящего из спирта и кислоты с разным числом атомов углерода можно представить в таком виде:
   C_nH_2n+1COOC_mH_2m+1
   Соответственно, спирт будет иметь формулу
   C_mH_2m+1OH,
   а кислота
   C_nH_2n+1COOH.
   Уравнение гидролиза сложного эфира:
   C_nH_2n+1COOC_mH_2m+1 + H₂O → C_mH_2m+1OH + C_nH_2n+1COOH
2. Согласно закону сохранения массы веществ, сумма масс исходных веществ и сумма масс продуктов реакции равны.
   Поэтому из данных задачи можно найти массу воды:

   m_H2O = (масса кислоты) + (масса спирта) − (масса эфира) = 1,38 + 1,8 − 2,64 = 0,54 г
   ν_H2O = m / M = 0,54 / 18 = 0,03 моль

   Соответственно, количества веществ кислоты и спирта тоже равны моль.
   Можно найти их молярные массы:

   М_{кислоты} = m / ν = 1,8 / 0,03 = 60 г/моль,
   М_спирта = 1,38 / 0,03 = 46 г/моль.

   Получим два уравнения, из которых найдём m и n:

   M_CnH2n+1COOH = 14n + 46 = 60, n = 1 — уксусная кислота
   M_CmH2m+1OH = 14m + 18 = 46, m = 2 — этанол.

   Таким образом, искомый эфир — это этиловый эфир уксусной кислоты, этилацетат.

Ответ: CH₃COOC₂H₅.

1. Пример 12.
   Определить формулу аминокислоты, если при действии на 8,9 г её избытком гидроксида натрия можно получить 11,1 г натриевой соли этой кислоты.

Решение примера 12.

1. Общая формула аминокислоты (если считать, что она не содержит никаких других функциональных групп, кроме одной аминогруппы и одной карбоксильной):
   NH₂–CH(R)–COOH.
   Можно было бы записать её разными способами, но для удобства написания уравнения реакции лучше выделять в формуле аминокислоты функциональные группы отдельно.
2. Можно составить уравнение реакции этой аминокислоты с гидроксидом натрия:
   NH₂–CH(R)–COOH + NaOH → NH₂–CH(R)–COONa + H₂O
   Количества вещества аминокислоты и её натриевой соли — равны. При этом мы не можем найти массу какого-либо из веществ в уравнении реакции. Поэтому в таких задачах надо выразить количества веществ аминокислоты и её соли через молярные массы и приравнять их:

   M(аминокислоты NH₂–CH(R)–COOH) = 74 + М_R
   M(соли NH₂–CH(R)–COONa) = 96 + М_R
   ν_{аминокислоты} = 8,9 / (74 + М_R),
   ν_соли = 11,1 / (96 + М_R)
   8,9 / (74 + М_R) = 11,1 / (96 + М_R)
   М_R = 15

   Легко увидеть, что R = CH₃.
   Можно это сделать математически, если принять, что R — C_nH_2n+1.
   14n + 1 = 15, n = 1.
   Это аланин — аминопропановая кислота.

Ответ: NH₂–CH(CH₃)–COOH.

к оглавлению ▴

Задачи для самостоятельного решения.

Решение
задач на спирты

2. Предельный простой эфир массой 10 г при
нормальных условиях занимает объем 4.87 л. Выведите молекулярную
формулу эфира.

3. Относительная плотность паров
органического соединения по воздуху равна 2,552. Массовая доля углерода в этом
веществе равна 64,86%, массовая доля водорода равна 13,51%,
массовая доля кислорода равна 21,63%. Выведите молекулярную формулу этого
вещества.

4. Относительная плотность паров
органического соединения по водороду равна 65. Массовая доля углерода в этом
веществе равна 73,85%, массовая доля водорода равна 13,85%, массовая доля
кислорода равна 12,3%. Выведите молекулярную
формулу этого вещества.

5.
Относительная плотность паров органического соединения по водороду равна 51.
При сжигании 30,6 г этого вещества образовалось 79,2 г диоксида углерода и 37,8
г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.

6. Относительная плотность паров
органического соединения по кислороду равна 3,625.11ри сжигании 29 г этого
вещества образуется 39,2 л углекислого газа (н. у.) и 36 г воды. Выведите
молекулярную формулу органического соединения.

Учитель: А
кто помнит где используется фенол?

Учитель. Хорошо.
Знаете ли вы, что в результате гидролиза аспирина образуется образуется фенол? Это
должные знать те хозяйки, которые любят консервировать огурцы и помидоры и
вместо уксусной кислоты добавляют таблетки аспирина.

НООС-С6Н4-О-СО-СН3 (аспирин) + Н2О (t) =
НООС-С6Н4-ОН (гидроксибензойная к-та) + СН3СООН (уксусная к-та)

При нагревании салициловая кислота легко
декарбоксилируется с образованием фенола:

С₆H₄(OH)COOH=C₆H₅OH
+ CO₂

Но фенол и его производные без труда
проникают в организм человека через кожу и желудочно-кишечный тракт, а пары
фенола – через легкие. В организме фенол легко образует соединения с другими
веществами, присутствующими в организме. Чем выше концентрация фенола в крови,
тем сильнее его неблагоприятное влияние на здоровье человека. Продукты
взаимодействия фенола с другими веществами, а также часть несвязанного фенола
выводятся с мочой.

7. Задача: Найти формулу вещества по
следующим данным: плотность вещества по водороду 31, массовые доли С – 38,7%,
кислорода – 51,6% , водорода – 9,7%

Решение задачи.

1. Находим количественный состав
   вещества ﻻ=
2. А_ч(С) – 12г/моль

А_ч(О) – 16г/моль

А_ч(H) – 1г/моль

1. Подставляем числовые данные C_xH_yO_z
2. x:y:z=(C):(O):(H)=
3. Простейшая формула: (CH₃O)*2
   M=31г/моль
4. М (ист) = p(H)*M(H₂)=32*2=62г/моль
5. Ответ: М.ф. вещества C₂H₆O₂
6.  

1.
Относительная плотность паров предельного одноатомного спирта по кислороду
равна 2,75. Выведите молекулярную
формулу спирта.

2.
Предельный простой эфир массой 10 г при нормальных условиях занимает объем 4.87
л. Выведите молекулярную
формулу эфира.

3.
Относительная плотность паров органического соединения по воздуху равна 2,552.
Массовая доля углерода в этом
веществе равна 64,86%, массовая доля водорода равна 13,51%,
массовая доля кислорода равна 21,63%. Выведите молекулярную формулу этого
вещества.

4.
Относительная плотность паров органического соединения по водороду равна 65.
Массовая доля углерода в этом веществе равна 73,85%, массовая доля водорода
равна 13,85%, массовая доля кислорода равна 12,3%. Выведите молекулярную
формулу этого вещества.

5.
Относительная плотность паров органического соединения по водороду равна 51.
При сжигании 30,6 г этого вещества образовалось 79,2 г диоксида углерода и 37,8
г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.

6.
Относительная плотность паров органического соединения по кислороду равна
3,625.11ри сжигании 29 г этого вещества образуется 39,2 л углекислого газа (н.
у.) и 36 г воды. Выведите молекулярную формулу органического соединения.

Задача:

При действии избытка натрия на
раствор фенола в метаноле выделилось 1176 мл газа (н. у.).

Для нейтрализации такого же
количества раствора потребовалось 10 мл водного раствора NaОН с концентрацией
20 мг/мл.

Чему равна массовая доля фенола в
исходном растворе?

Решение: 

Для
начала давайте распишем все химические процессы в задаче:

1. Во
второй реакции проявляется то самое различие между спиртами и фенолами — из
второй реакции, в которой метанол не взаимодействует с щелочью, мы можем
найти количество моль  фенола,

2. в
условии сказано, что такое же количество прореагировало с Na в первой реакции —
в этой реакции и спирт и фенол реагируют с Na одинаково.

3.
Значит, мы можем найти то количество водорода (газ), которое соответствует
фенолу,

4.
найти остаток водорода и вычислить количество моль  метанола.

В
вопросе сказано найти массовую долю фенола, значит, используем стандартную
формулу для массовой доли вещества в растворе

Давайте
напишем подробное решение:
 

1.
Дано 10 мл водного раствора NaОН с концентрацией 20 мг/мл. Значит,
находим количество моль:

n (NaOH) = mMr=V*C(концентрация)Mr = 10 (мл) *
0,020( гмл) 40 (гмоль) = 0,005 моль

 
Значит, по уравнению реакции, n(фенола) = 0,005 моль
 

2.
Значит, количество фенола, вступившего в первую реакцию тоже 0,05 моль

3.
Водорода по уравнению реакции получается в 2 раза меньше, чем фенола:

4. При
действии избытка натрия на раствор фенола в метаноле выделилось 1176 мл газа
(н. у.). Нам нужно найти количество моль водорода. 

n(H2)=V22,4 (лмоль) = 1.176  (л) 22.4
(лмоль) = 0.0525 моль

Значит,
в реакции с метанолом выделилось   0.0525 — 0.0025 = 0,05 моль
водорода

n
(метанола) = 0.1 моль

Находим массовую долю:

m(фенола) = 0,05 (моль)*94 (гмоль) = 0,47 г

 
m(метанола)  = 0,1 (моль) *  32 (гмоль) = 3,2 г

w(фенола) = m(фенола) (m(фенола) + m(метанола)
)*100%= 0,47 (г) 3,67 (г)*100% = 12,8%

Содержание:

Спирты:

Углеводороды образуют различные функциональные производные при замещении в молекуле одного или нескольких атомов водорода на функциональную группу

Спирты и фенолы относятся к монофункциональным гидроксилпроизвод-ным углеводородов.

Спиртами называют производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильную группу —ОН.

Классификация спиртов

В зависимости от числа гидроксильных групп в молекуле спирты подразделяют на одноатомные, двухатомные, трехатомные, четырехатомные и т. д. (рис. 42). Например:

Спирты, содержащие несколько гидроксильных групп, объединяют общим названием многоатомные спирты.

В зависимости от строения углеродного скелета различают спирты насыщенные, ненасыщенные, ароматические (рис. 43).

Насыщенные спирты — производные алканов, например Ненасыщенные спирты — производные ненасыщенных углеводородов, в молекулах которых содержатся кратные (двойные и тройные) связи между атомами углерода, например

Некоторые одноатомные ненасыщенные спирты, содержащиеся в винограде, из которого производят вина, определяют характерный аромат ряда мускатных вин и рислингов. В процессе старения этих вин одноатомные спирты превращаются в двухатомные. По концентрации образовавшегося двухатомного спирта можно судить о степени старения вина.

К ароматическим относят спирты, содержащие в молекуле бензольное кольцо и гидроксильную группу, которые связаны друг с другом через атом углерода, например:

Если в молекулах органических соединений гидроксильные группы связаны непосредственно с атомом углерода бензольного кольца, например:

В зависимости от типа атома углерода, с которым связана гидроксильная группа, спирты классифицируют как первичные, вторичные, третичные.

Гидроксильная группа в молекулах первичных спиртов связана с первичным атомом углерода, в молекулах вторичных спиртов — с вторичным атомом углерода и в молекулах третичных спиртов — с третичным атомом углерода. Например:

Спирты — производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильную группу —ОН.

Спирты различают по числу гидроксильных групп (атомность спиртов), строению углеродного скелета, типу атома углерода, связанного с гидроксильной группой.

Насыщенные одноатомные спирты

Строение: Насыщенными одноатомными спиртами называют производные алканов, в молекулах которых один атом водорода замещен на гидроксильную группу и содержатся только -связи.

В органической химии известно большое число насыщенных одноатомных спиртов, химический состав и строение которых выражается общей формулой В общем виде формула насыщенных одноатомных спиртов записывается где R — алкильная группа.

— общая формула, отражающая молекулярный состав насыщенных одноатомных спиртов.

Простейшим представителем данного класса спиртов является метанол молекулярная, структурная и электронная формулы которого:

Шаростержневая и масштабная модели молекулы метанола представлены на рисунке 45.

Так как электронное строение алканов и соответствующих им алкильных групп вами уже изучено, то при изучении спиртов — производных алканов — будет рассматриваться только электронное строение функциональной группы спиртов Именно эта группа определяет важнейшие химические и физические свойства спиртов. 

В состав функциональной группы спиртов входит атом кислорода, который обладает большой электроотрицательностью и в силу этого оттягивает к себе электронную плотность -связей связанных с ним атомов водорода и углерода: По этой причине атом кислорода приобретает частичный отрицательный заряд, а атомы водорода и углерода — частичные положительные заряды: Связи полярны. Валентный угол СОН близок к 110°.

Номенклатура: По правилам номенклатуры ИЮПАК, названия насыщенных одноатомных спиртов образуются от названий соответствующих алканов с добавлением суффикса -ол. Например, — метанол, — этанол.

Систематическая номенклатура допускает употребление названий, связанных с названием алкильных групп, для низших членов ряда. Например, — метиловый спирт, — этиловый спирт.

В таблице 22 приведены названия первых десяти представителей гомологического ряда спиртов, у которых функциональная группа —ОН находится у первичного атома углерода, по номенклатуре ИЮПАК и тривиальные.

При названии спиртов с неразветвленной углеродной цепью, начиная с пропанола, цифрой указывается атом углерода, с которым связана гидроксильная группа. Нумерация углеродных атомов начинается с того конца, ближе к которому расположена гидроксильная группа. Названия спиртов образуют, добавляя суффикс -ол к названию соответствующего алкана, цифрой указывается положение гидроксильной группы в цепи. Например:

Для названий спиртов с разветвленной углеродной цепью выбирают самую длинную цепь, содержащую функциональную гидроксильную группу, и нумеруют с того конца, ближе к которому расположена гидроксильная группа. Названия спиртов образуют, добавляя суффикс -ол к назанию алкана, соответствующего самой длинной цепи, цифрой указываются атомы углерода, с которыми связана гидроксильная группа и заместители. Названия заместителей перечисляются в алфавитном порядке. Например:

Изомерия: Для насыщенных одноатомных спиртов характерна структурная изомерия. Структурная изомерия спиртов обусловлена изомерией углеродного скелета и изомерией положения гидроксильной группы. Первые два члена гомологического ряда — метанол и этанол — не имеют изомеров спиртов. Начиная с пропанола, число структурных изомеров в гомологическом ряду спиртов быстро возрастает. Например, бутанолы существуют в виде четырех изомеров, гептанолы — восьми, а деканолы — пятисот семидесяти шести.

Рассмотрим примеры изомеров спиртов состава В зависимости от строения углеродного скелета изомерами будут два спирта — производные бутана и 2-метилпропана:

В зависимости от положения гидроксильной группы при том и другом углеродном скелете возможны еще два изомерных спирта:

Общее число структурных изомеров спиртов состава (за исключением стереоизомеров) равно четырем.

Физические свойства: Первые представители класса насыщенных одноатомных спиртов при комнатной температуре — жидкости. Высшие спирты (начиная с ) при комнатной температуре — твердые вещества. Следовательно, среди спиртов данного класса при нормальных условиях отсутствуют газообразные вещества.

Низшие спирты обладают характерным алкогольным запахом, запах спиртов, стоящих в середине гомологического ряда, сильный и часто неприятный, а высшие спирты (более ) практически не имеют запаха.

Низшие спирты () смешиваются с водой в любых соотношениях, средние — ограниченно. Следовательно, с увеличением относительной молекулярной массы растворимость спиртов в воде падает. В большинстве же органических растворителей все спирты растворимы.

Причиной отсутствия газообразных спиртов при нормальных условиях, а также более высоких температур кипения спиртов по сравнению с алканами с одинаковой относительной молекулярной массой являются межмолекулярные водородные связи, характерные для спиртов. Как отмечалось, связь в молекуле спирта сильно поляризована: На атоме водорода возникает частичный положительный заряд. В силу этого такой атом водорода может притягиваться неподеленной парой электронов атома кислорода другой молекулы спирта. Между молекулами спирта возникает межмолекулярная водородная связь. Таким образом, молекулы спиртов находятся в ассоциированном состоянии, как бы с увеличенной относительной молекулярной массой. Несмотря на то что энергии межмолекулярных водородных связей спиртов невелики, водородные связи обусловливают значительную ассоциацию молекул спиртов, что и ведет к росту теплоты испарения, а следовательно, и температуры кипения. Графически водородную связь принято обозначать тремя точками. Схема образования водородной связи между молекулами спирта показана на рисунке 46, а.

Образованием межмолекулярных водородных связей между молекулами спиртов и полярными молекулами воды (рис. 46, б) объясняется хорошая растворимость низших спиртов, в отличие от углеводородов, которые из-за малой полярности связей С—Н не образуют с водой водородных связей. С увеличением длины цепи алкильных групп растворимость спиртов понижается, и октанол уже не смешивается с водой.

Насыщенными одноатомными спиртами называют производные алканов, в молекулах которых один атом водорода замещен на гидроксильную группу.

Общая формула насыщенных одноатомных спиртов

Структурная изомерия спиртов обусловлена строением углеродного скелета и различным положением гидроксильной группы при одинаковой углеродной цепи.

На физические свойства спиртов большое влияние оказывает водородная связь между молекулами спиртов или молекулами спиртов и воды в их растворах.
 

Химические свойства спиртов

Характерные реакции спиртов определяются наличием в составе их молекул гидроксильиой группы, атом кислорода которой смещает электронную плотность как от атома водорода, так и от атома углерода. Такая поляризация может способствовать разрыву связей . Атом водорода в гидроксильной группе за счет сильной поляризации связи становится более подвижным, способным отщепляться в виде протона. В этом случае спирты проявляют кислотные свойства. В то же время наличие в молекуле спирта атома кислорода, имеющего две неподеленные пары электронов, обусловливает проявление спиртами свойств оснований. Следовательно, спирты можно рассматривать как амфотерные соединения, которые могут проявлять как свойства кислот, так и свойства оснований. Спирты являются слабыми кислотами и в то же время основаниями средней силы.

Рассмотрим важнейшие химические свойства спиртов на примере алифатических насыщенных одноатомных спиртов.

Взаимодействие со щелочными металлами: При взаимодействии щелочных металлов со спиртами (рис. 47) происходит разрыв  и замещение атомов водорода на атомы металла с образованием соединений алкоксидов (алкоголятов) и водорода:

Спирты — очень слабые электролиты, слабее даже, чем вода. Поэтому алкокеиды (алкоголяты) легко разлагаются водой:

При взаимодействии с металлами у спиртов проявляются кислотные свойства, но к классу кислот спирты не относят, так как степень их диссоциации незначительна. Поэтому спирты с водными растворами щелочей взаимодействуют обратимо.

Взаимодействие с карбоновыми и кислородсодержащими минеральными кислотами с образованием сложных эфиров.

В реакции с карбоновыми кислотами от молекулы спирта отщепляется атом водорода, а от молекулы карбоновой кислоты — гидроксильная группа с образованием молекулы воды. Реакция обратима, но равновесие смещается вправо в присутствии концентрированной серной кислоты и при выводе воды из зоны реакции:

В реакциях с кислородсодержащими минеральными кислотами спирты образуют сложные эфиры этих кислот:

Взаимодействие с галогеноводородами с образованием галогеналканов

В реакции с галогеноводородами в молекуле спирта происходит разрыв связи В результате реакции образуется галогеналкан. Уравнение реакции в общем виде выглядит так:

Данная реакция обратима. В этой реакции проявляются слабые основные свойства спирта.

При взаимодействии этанола с бромоводородом образуется бромэтан — тяжелая жидкость:

Внутримолекулярная дегидратация с образованием алкена

Первичные спирты дегидратируются под действием катализатора — концентрированной серной кислоты — при высоких температурах (выше 140 °С) с образованием алкена:

Реакция дегидратации обусловлена отщеплением водорода в виде протона и гидроксильной группы от соседних атомов углерода.

Например, в результате внутримолекулярного отщепления молекулы воды от молекулы этанола (под действием катализатора — концентрированной серной кислоты) образуется этен: 

 

Реакции окисления

Спирты горят на воздухе или в кислороде некоптящим пламенем с выделением большого количества теплоты (рис. 48):

С более слабым, чем кислород, окислителем, например с оксидом меди(II), происходит частичное окисление спиртов, при этом первичные спирты окисляются до альдегидов.

Если в пробирку с этанолом опустить раскаленную скрученную в спираль медную проволоку, покрытую черным налетом оксида меди(II), то черный налет на проволоке исчезает. Спираль приобретает розово-красный цвет, при этом чувствуется неприятный запах образовавшегося альдегида:

Под действием таких окислителей, как подкисленный раствор перманганата калия или дихромата калия, первичные спирты окисляются до карбоновых кислот.

Кислотно-основные свойства насыщенных одноатомных спиртов обусловлены наличием в их молекулах функциональной гидроксильной группы.

Спирты взаимодействуют со щелочными металлами, галогеноводородами, карбоновыми и минеральными кислотами; вступают в реакции дегидратации и окисления.
 

Получение и применение спиртов

Получение: Для промышленного получения спиртов используют ненасыщенные углеводороды, извлекаемые из нефтепродуктов, или галогеналканы.

Познакомимся с основными общими промышленными и лабораторными способами получения насыщенных одноатомных спиртов и специфическими способами получения этанола и метанола.

1) Одним из наиболее важных общих промышленных способов получения спиртов является гидратация алкенов.

Этанол получают гидратацией этена водяными парами при повышенной температуре (280—300 °С), повышенном давлении (7—8 мПа) и в присутствии катализатора

Спирт, полученный из этена, называют синтетическим.

2) В пищевой промышленности этанол получают характерным только для него способом при спиртовом брожении глюкозы под действием ферментов, выделяемых некоторыми видами дрожжевых грибков:

Брожению подвергают виноградный сок, содержащий глюкозу, а также картофельный крахмал, который превращается в глюкозу под действием особого фермента. Этанол, полученный при ферментативном расщеплении различных пищевых продуктов, используют в основном для изготовления спиртных напитков.

В промышленности этанол производят гидролизным способом из древесных опилок, отходов целлюлозно-бумажной промышленности и т. д. Содержащуюся в древесине целлюлозу подвергают гидролизу с образованием глюкозы, которую далее подвергают брожению, и получают этанол, называемый гидролизным спиртом.

3) В промышленности метанол получают характерным только для него способом при взаимодействии водорода с угарным газом (СО) при повышенном давлении и высокой температуре в присутствии катализатора:

Смесь угарного газа и водорода, взятых в количественном соотношении 1 : 2, называют синтез-газом.

Историческое название метанола — древесный спирт. Оно указывает на старый способ получения спирта — сухую перегонку древесины твердых пород дерева (нагревание древесины без доступа воздуха).

Для получения спиртов в лаборатории используют галогеналканы.

При гидролизе моногалогеналканов с галогеном при первичном атоме углерода в водных растворах щелочей при нагревании образуются первичные спирты:

Гидролиз галогеналканов, проводимый в присутствии щелочи, является практически необратимым процессом и используется как общий метод получения первичных насыщенных спиртов в лаборатории.

Применение: Спирты находят широкое применение. В химической промышленности спирты — исходные вещества для разнообразных синтезов. Во многих производствах спирты применяют в качестве растворителей. Рассмотрим несколько примеров промышленного использования важнейших насыщенных одноатомных спиртов.

Метанол (метиловый спирт) используется в промышленном органическом синтезе при получении формальдегида, применяемого в производстве пластмасс, для синтеза некоторых лекарственных веществ.

Метанол — прекрасный растворитель для многих органических и неорганических веществ.

Необходимо знать, что метанол — сильнейший яд. Употребление даже нескольких граммов метанола приводит к слепоте, а затем и смерти. Вот поэтому на банках, в которых хранится этот спирт, используемый для технических нужд, имеется надпись: «Метанол — яд». Это должно служить серьезным предостережением при работе с ним.

Этанол (этиловый спирт) используется во многих отраслях промышленности: лакокрасочной, фармацевтической, взрывчатых веществ, бытовой химии, кондитерской и т. д. (рис. 49).

Этанол является исходным веществом в промышленном органическом синтезе (диэтиловый эфир, этилацетат и другие эфиры и т. д.), окислением этанола получают пищевую уксусную кислоту.

Спирт-ректификат, получаемый в промышленности, представляет собой смесь этанола (массовая доля 95,6 %) и воды (массовая доля 4,4 %). Безводный спирт называют абсолютным спиртом.

Следует помнить, что этанол — своего рода наркотик, возбуждающе действующий на организм человека. Даже небольшие дозы снижают остроту зрения, замедляют реакции и уменьшают способность здраво рассуждать. Длительное употребление спирта вызывает тяжелые заболевания нервной и сердечно-сосудистой систем, разрушение печени и приводит к преждевременной смерти.

В этанол, применяемый для технических целей, специально добавляют небольшие количества трудноотделяемых ядовитых, плохо пахнущих и имеющих отвратительный вкус веществ и подкрашивают. Содержащий такие добавки спирт называют денатуратом. Употребление денатурата смертельно опасно.

Другие (низшие) спирты используются в качестве растворителей при изготовлении различных лаков и красок на предприятиях лакокрасочной промышленности, одним из которых является ОАО «Лакокраска» в Лиде.

Высшие спирты ( и более) используют во многих областях производства. Например, спирты состава используются для изготовления медицинских препаратов, — парфюмерно-косметической продукции, — антикоррозийной смазки.

Ненасыщенный аллиловый спирт применяется в производстве глицерина, аллиловых эфиров, использующихся в фармацевтической и парфюмерной промышленности.

В промышленном масштабе этанол получают гидратацией этена, гидролизным способом, в процессе спиртового брожения глюкозы.

Метанол в промышленных масштабах в основном получают из синтез-газа.

В лаборатории первичные насыщенные одноатомные спирты получают в процессе щелочного гидролиза моногалогеналканов.

Спирты используют для синтеза многих органических веществ.
 

Решение расчетных задач

В параграфе рассмотрены образцы решения задач таких типов, как расчеты по химическим уравнениям, если одно из реагирующих веществ взято в избытке, и определение молекулярных формул органических веществ на основании качественного и количественного состава.

Пример 1.

Определите массу бромэтана, полученного в реакции, для которой был взят этанол массой 5,98 г и бромоводород объемом (н. у.)

Решение

1. Общие формулы, используемые при расчетах:

2. Значения молярных масс веществ, молярный объем:

3. Определяем химические количества спирта и бромоводорода, взятых для реакции:

4.  На основе анализа уравнения реакции определяем, какое из веществ взято в избытке, а затем рассчитываем химическое количество и массу продукта реакции:

Следовательно, спирт взят в избытке. Расчеты продукта реакции проводятся исходя из данных о химическом количестве хлороводорода:

Ответ:

Пример 2.

Массовая доля углерода в насыщенном одноатомном спирте равна 0,6. Определите молекулярную формулу спирта. Составьте структурные формулы возможных изомеров и назовите их по номенклатуре ИЮПАК.

Решение

1. Для решения задачи используем общую формулу и общую формулу насыщенных одноатомных спиртов Расчеты проводим, исходя из массы углерода в спирте химическим количеством 1 моль и массы спирта химическим количеством 1 моль.

2. Определяем формулу искомого спирта.

Общая формула следовательно, при молекулярная формула спирта —

Изомеры:

Ответ:

Пример 3.

В результате ряда последовательных реакций из алкана массой 69,6 г получен первичный насыщенный одноатомный спирт массой 88,8 г с тем же числом атомов углерода в молекуле, что и у алкана (алкан галогеналкан насыщенный одноатомный спирт). Определите молекулярную формулу спирта и составьте формулы структурных изомеров.

Решение

1. Из алкана химическим количеством 1 моль получают спирт химическим количеством 1 моль:

2. Разница масс взятого и полученного веществ равна 19,2 г (88,8 — 69,6). Разница молярных масс спирта и алкана равна 16, что хорошо видно при анализе общих формул алканов и насыщенных одноатомных спиртов:

— общая формула насыщенных одноатомных спиртов;

— общая формула алканов.

3. Используя общую формулу определяем химическое количество полученного спирта:

4. Зная химическое количество и массу спирта, определяем его молярную массу и молекулярную формулу:

Решая уравнение

Следовательно, молекулярная формула спирта — а структурные формулы возможных изомеров:

Ответ:
 

Пример 4.

При гидратации алкена массой 22,68 г получили вторичный насыщенный одноатомный спирт массой 32,40 г. Определите молекулярную формулу спирта, составьте структурную формулу и назовите спирт по номенклатуре ИЮПАК.

Решение

1. Анализ уравнения реакции гидратации, записанного в общем виде, показывает, что для гидратации алкена химическим количеством 1 моль требуется вода химическим количеством 1 моль. Следовательно, разница масс алкена и спирта и есть масса присоединенной воды:

2. Определяем химическое количество воды и спирта, далее молярную массу и молекулярную формулу спирта:

Следовательно,

Решая уравнение получим:

Молекулярная формула спирта — структурная формула —  пропанол-2.

Ответ:
 

Пример 5.

Определите молекулярную формулу органического вещества, относительная плотность паров которого по гелию равна 22, если при сгорании его массой 19,36 г образовались углекислый газ объемом (н. у.) 2 и вода массой 23,76 г.

Решение

1. Определяем молярную массу неизвестного вещества, его химическое количество, а также химические количества образовавшихся оксида углерода (IV) и воды:

2. Проанализируем схему реакции горения вещества, предположив, что сожгли углеводород химическим количеством 1 моль. На основе данных о продуктах реакции рассчитаем количественный состав вещества:

Формула вещества —

3. Молярная масса вещества равна 72 г/моль, а молярная масса искомого вещества — 88 г/моль, разница молярных масс — 16 г/моль. Следовательно, в состав неизвестного вещества входил атомарный кислород химическим количеством 1 моль. Молекулярная формула вещества —

Ответ: 
 

Многоатомные спирты

Строение: Производные углеводородов, в молекулах которых два и более атомов водорода у соседних атомов углерода замещены на гидроксильные группы, называют многоатомными спиртами.

Гидроксильные группы во всех устойчивых многоатомных спиртах связаны с соседними атомами углерода.

Шаростержневая модель молекулы этиленгликоля приведена на рисунке 50, а.

Простейшим представителем трехатомных спиртов (глицеринов) является глицерин (от греч. glykeros — сладкий), структурная формула которого:

Шаростержневая модель молекулы глицерина приведена на рисунке 50, б.

На примере этих двух спиртов вы познакомитесь с основными характеристиками многоатомных спиртов.

Номенклатура: По номенклатуре ИЮНАК двухатомный спирт и трехатомный спирт называют этанциол-1,2 и про-яянтриол-1,2,3. Правилами ИЮПАК допускаются названия этиленгликоль и глицерин.

Физические свойства: Этиленгликоль и глицерин — бесцветные вязкие жидкости, тяжелее воды, неограниченно растворимы в воде, хорошо растворяются в этаноле. Эти свойства присущи и другим многоатомным спиртам.

Этиленгликоль ядовит, его водные растворы не кристаллизуются при низких температурах, что позволяет применять его как компонент незамерзающих жидкостей — антифризов. Глицерин имеет сладковатый вкус, гигроскопичен, нелетуч.

Впервые глицерин был получен из оливкового масла шведским химиком и фармацевтом К. Шееле в 1783 г.

Хорошая растворимость этиленгликоля и глицерина в воде объясняется наличием межмолекулярных водородных связей между молекулами спиртов и воды. Число таких связей больше, чем у одноатомных спиртов, из-за большего числа гидроксильных групп в молекулах.

Температуры кипения этих спиртов по сравнению с одноатомными спиртами с таким же числом атомов угелерода в молекуле намного выше:

Причиной более высоких температур кипения многоатомных спиртов является большее число межмолекулярных водородных связей между молекулами спиртов за счет большего числа гидроксильных групп в составе молекул.

Химические свойства: Для этиленгликоля и глицерина характерны все реакции одноатомных спиртов, обусловленные наличием функциональной группы —ОН, и особые свойства, обусловленные одновременным присутствием в молекуле нескольких гидроксильных групп.

1) Взаимодействие со щелочными металлами. Многоатомные спирты реагируют с активными металлами с образованием соединений, которые по аналогии с алкоголятами называют гликолятами и глицератами. Названия «гликоляты» и «глицераты» допускаются в номенклатуре ИЮНАК.

В реакциях могут участвовать одна или более гидроксильных групп. Многоатомные спирты, как и одноатомные, проявляют кислотные свойства в реакциях со щелочными металлами.

2) Взаимодействие с основаниями. В отличие от одноатомных спиртов, этиленгликоль и глицерин реагируют не только со щелочными металлами, но и с нерастворимыми гидроксидами тяжелых металлов. Такие реакции возможны для многоатомных спиртов, потому что из-за взаимного влияния гидроксильных групп в молекуле их кислотность выше, чем у одноатомных спиртов.

Если в стакан с раствором щелочи добавить несколько капель раствора сульфата меди(II) и к образовавшемуся гидроксиду меди(II) прилить многоатомный спирт, например глицерин, то образуется прозрачный раствор ярко-синего цвета (рис. 51). Цвет раствора обусловлен образованием комплексного соединения меди.

Реакция со свежеприготовленным гидроксидом меди(II) является качественной реакцией на многоатомные спирты с гидроксильными группами, находящимися у соседних атомов углерода. Из-за сложности строения образовавшегося глицерата меди уравнение реакции не приводится.

3) Образование сложных эфиров. Для многоатомных спиртов, как и для одноатомных, характерно образование сложных эфиров при взаимодействии с кислородсодержащими минеральными кислотами и карбоновыми кислотами. В частности, в реакции глицерина с избытком азотной кислоты в присутствии каталитических количеств серной кислоты образуется глицеринтринитрат, известный под названием нитроглицерин:

Название «нитроглицерин» относится к тривиальным названиям, оно не отражает строение вещества. Известно, что в химии к нитросоединениям относят вещества, в которых группа — непосредственно связана с атомом углерода.

Реакцию глицерина с карбоновыми кислотами е образованием сложных эфиров вы будете рассматривать при изучении темы «Жиры».

Получение: Двухатомные и трехатомные спирты можно получать теми же способами, что и одноатомные спирты. В качестве исходных веществ используются алкены и галогеналканы.

Лабораторные способы: Общим способом получения гликолей является окисление алкенов раствором перманганата калия в слабощелочной или нейтральной среде:

Этиленмиколь также получают гидролизом соответствующего дигалогеналкана:

Промышленные способы. Глицерин получают в процессе гидролиза жиров и синтетическим способом из пропена, образующегося при крекинге нефтепродуктов.

Этиленгликоль в промышленных масштабах получают гидратацией эпоксида который получают при окислении этилена в присутствии катализатора — серебра:

Применение: Этиленгликоль используют для синтеза полимерных материалов, синтетических волокон, например лавсана; в качестве антифризов (от анти — против и англ. freeze — морозить, замерзать) — жидкостей, добавляемых в воду, чтобы понизить температуру замерзания. Антифризы заливаются в системы охлаждения, в частности автомобильных двигателей. Температура замерзания антифриза с объемной долей этиленгликоля 52,5 % равна -40 °С. Этиленгликоль применяют для получения пластификаторов (смягчителей), используемых в лакокрасочной промышленности.

Применение глицерина основано на его гигроскопичности. Его используют для приготовления мазей, в кожевенном производстве — для предохранения кож от высыхания, в текстильной промышленности — для отделки тканей с целью придания им мягкости и эластичности и др. Глицерин применяют при изготовлении косметики, где он играет роль смягчающего и успокаивающего средства; как добавку к зубной пасте, клеям, чтобы предохранить их от быстрого высыхания; для приготовления антифризов.

Незамерзание клеточной жидкости иногда объясняют усиленной выработкой глицерина в растительных клетках.

Большое количество глицерина идет на получение нитроглицерина, который служит сырьем при производстве бездымных порохов и динамита.

Нитроглицерин токсичен, но в малых дозах используется как лечебное средство, так как расширяет кровеносные сосуды сердечной мышцы и тем самым улучшает кровоснабжение сердца.

Многоатомными спиртами называют производные углеводородов, в молекулах которых содержится несколько гидроксильных групп, связанных с соседними атомами углерода.

Многоатомные спирты взаимодействуют с активными металлами, щелочами, гидроксидами тяжелых металлов, кислородсодержащими неорганическими кислотами и карбоновыми кислотами.

Реакция с гидроксидом меди(II) используется для качественного обнаружения многоатомных спиртов.

Этиленгликоль применяют для получения синтетического волокна лавсан, в качестве антифриза; глицерин используется во многих отраслях промышленности.